地鐵信號系統(tǒng)與相關(guān)專業(yè)的接口分析

孫 慧

孫 慧:西安市地下鐵道有限責(zé)任公司 工程師 710018 西安

地鐵工程是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，它涉及到城市規(guī)劃、土木工程、機(jī)電設(shè)備、信息技術(shù)及環(huán)保衛(wèi)生等眾多領(lǐng)域。在建設(shè)過程中，只有各專業(yè)之間相互協(xié)調(diào)、密切配合，才能滿足各專業(yè)的設(shè)計(jì)要求，充分發(fā)揮各專業(yè)的作用。信號系統(tǒng)作為機(jī)電設(shè)備的成員，是保證列車和乘客的安全，實(shí)現(xiàn)列車快速、高密、有序運(yùn)行的關(guān)鍵系統(tǒng)之一。在信息化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化技術(shù)快速發(fā)展的今天，信號系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)不僅要與城市規(guī)劃和乘客需求相結(jié)合，更需要與土建專業(yè)和其他設(shè)備專業(yè)密切配合，才能使整個(gè)系統(tǒng)體系得以完善，作用得以充分發(fā)揮。

1 信號系統(tǒng)與相關(guān)專業(yè)的接口特點(diǎn)

信號系統(tǒng)與其他專業(yè)的接口貫穿于項(xiàng)目建設(shè)的整個(gè)過程，且具有階段性，在項(xiàng)目執(zhí)行的不同階段，接口的技術(shù)要求有不同的內(nèi)容和形式。隨著工程的不斷推進(jìn)，接口的內(nèi)容逐步深化、細(xì)化和量化，形式也從定性向定量轉(zhuǎn)變。在初步設(shè)計(jì)階段，主要界定了接口雙方應(yīng)考慮的基本功能、預(yù)留條件、接口分界;在招標(biāo)設(shè)計(jì)階段，進(jìn)一步界定了雙方的供貨范圍、設(shè)計(jì)范圍、施工范圍、功能要求和管理要求;在設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)階段，接口雙方約定接口方案、接口原則、信息傳輸方式、格式、內(nèi)容等;在施工調(diào)試階段，雙方按既定的原則組織施工并互相配合進(jìn)行相關(guān)功能的調(diào)試。為保證項(xiàng)目的正常進(jìn)行，各專業(yè)在設(shè)計(jì)、招標(biāo)、施工、設(shè)備制造和安裝調(diào)試的各個(gè)階段，都必須嚴(yán)格遵從接口的各項(xiàng)技術(shù)要求，并承擔(dān)各自相應(yīng)的責(zé)任。

2 信號系統(tǒng)與相關(guān)專業(yè)接口的內(nèi)容及要求

信號系統(tǒng)所屬領(lǐng)域共有規(guī)劃管理類、土建結(jié)構(gòu)類和設(shè)備系統(tǒng)類3類接口，具體包括的接口專業(yè)如圖1所示。

圖1 與信號系統(tǒng)有接口的專業(yè)

2.1 與規(guī)劃管理類的接口

規(guī)劃管理類主要包括:交通規(guī)劃、客流預(yù)測、行車組織、工期籌劃等，信號系統(tǒng)與這些專業(yè)的接口主要是信息接口。

交通規(guī)劃向信號系統(tǒng)提供線路的規(guī)劃情況、建設(shè)范圍、規(guī)模、站點(diǎn)設(shè)置情況，本線路與其他線路的換乘信息，與國鐵和其他地鐵線路的聯(lián)絡(luò)線信息等;客流預(yù)測專業(yè)提供初、近、遠(yuǎn)期客流信息;行車組織向信號系統(tǒng)提供要求的行車間隔、運(yùn)營組織原則、列車最高運(yùn)行速度及平均運(yùn)行速度、運(yùn)行交路、初近遠(yuǎn)期的配車數(shù)等;工期籌劃向信號提供整個(gè)工程的工期安排。信號系統(tǒng)根據(jù)這些信息確定設(shè)計(jì)范圍、系統(tǒng)構(gòu)成、系統(tǒng)方案、系統(tǒng)功能以及主要技術(shù)指標(biāo)等。

2.2 與土建結(jié)構(gòu)類的接口

土建結(jié)構(gòu)類主要包括線路、軌道、限界、建筑結(jié)構(gòu)、裝修等，與這些專業(yè)的接口主要是安裝接口。

1．線路專業(yè)向信號提供車站配線、線路的平縱斷面圖，信號專業(yè)根據(jù)軌旁設(shè)備的安裝要求，向線路專業(yè)提供對線路盡頭線、折返線、安全線、存車線、轉(zhuǎn)換軌等的設(shè)計(jì)要求。

2．軌道專業(yè)根據(jù)信號的速度要求確定曲線的超高;預(yù)留轉(zhuǎn)轍機(jī)和應(yīng)答器的安裝基坑、槽;提供場段的配軌圖、道床類型分段圖、道岔類型和結(jié)構(gòu)，以供信號專業(yè)確定道岔的牽引方式及安裝裝置;軌道按照信號要求的位置預(yù)留信號纜線過軌管、在軌道上設(shè)置絕緣節(jié)。信號要求的過軌預(yù)埋管直徑、鋼軌上轉(zhuǎn)轍機(jī)的安裝孔、軌連線與鋼軌的連接方式等應(yīng)滿足軌道專業(yè)的相關(guān)技術(shù)要求。

3．限界專業(yè)需要信號專業(yè)提供道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號機(jī)的安裝限界要求，區(qū)間電纜及支架數(shù)量、尺寸，全線信號機(jī)的布置位置等資料。

4．建筑結(jié)構(gòu)根據(jù)信號專業(yè)提出的要求，在區(qū)間、車站和控制中心建筑工程中，預(yù)留信號電纜通過人防門、防淹門、站臺板下、站廳結(jié)構(gòu)中板、聯(lián)絡(luò)線和站臺等的電纜通道，在結(jié)構(gòu)中預(yù)留孔和部分預(yù)埋管。

5．裝修專業(yè)根據(jù)信號的要求并結(jié)合裝修設(shè)計(jì)在裝修面板上預(yù)留車站站臺上緊急停車按鈕、自動折返按鈕和發(fā)車指示器的安裝孔，信號專業(yè)根據(jù)裝修進(jìn)度適時(shí)進(jìn)行安裝。

2.3 與設(shè)備系統(tǒng)類的接口

設(shè)備系統(tǒng)主要包括車輛、供電、通信、綜合監(jiān)控、屏蔽門、防淹門等，與這些專業(yè)的接口主要是信息和電氣接口。

2.3.1 車輛

信號與車輛是地鐵工程中最重要的2個(gè)設(shè)備系統(tǒng)，共同承擔(dān)著運(yùn)輸旅客、保證安全、提高效率的任務(wù)。為有效地控制列車，需要兩系統(tǒng)密切配合，滿足各自在機(jī)械、電氣、功能、安裝、電磁兼容、調(diào)試等方面的接口要求。

1．在機(jī)械方面，信號系統(tǒng)應(yīng)向車輛提供所有車載設(shè)備的尺寸和數(shù)量、安裝及配線要求、相應(yīng)的資料和圖紙及其他的技術(shù)要求等。車輛應(yīng)根據(jù)信號系統(tǒng)提出的信號設(shè)備安裝要求，設(shè)計(jì)并提供車載設(shè)備的安裝空間及條件并負(fù)責(zé)安裝，為車載信號設(shè)備間的連接線纜提供路徑及防護(hù)措施，為車載設(shè)備提供電源及相應(yīng)的斷路保護(hù)裝置、適宜的設(shè)備工作環(huán)境等。

2．在電氣方面，信號系統(tǒng)應(yīng)向列車提供信號設(shè)備的消耗功率、從車輛引入的連接線數(shù)量、特性和功能要求、所有控制邏輯輸出、列車線和安裝線路要求、電磁兼容要求、設(shè)備接地要求、電氣接線圖、車門/屏蔽門開門允許信號響應(yīng)時(shí)間和其他相關(guān)的技術(shù)文件等。車輛應(yīng)向信號提供用于信號設(shè)備的DC 110V電源及斷路器的特性、列車線纜的特性、列車牽引和制動特性、與列車管理系統(tǒng)通信的協(xié)議和響應(yīng)時(shí)間、列車接到命令到執(zhí)行等文件。二系統(tǒng)應(yīng)協(xié)商模式選擇開關(guān)、模式開關(guān)位置及功能定義。

3．在功能方面，信號和車輛系統(tǒng)能有效地配合，在規(guī)定的模式下能有效地控制列車前進(jìn)、后退和折返，能正確地控制車門的開啟和關(guān)閉，在危險(xiǎn)情況下對列車實(shí)施緊急制動，ATO模式下站臺停車時(shí)應(yīng)能滿足停車精度要求。在信號系統(tǒng)全功能使用時(shí)，應(yīng)向車輛提供運(yùn)行方向、牽引/制動力的增減及變化率、開/關(guān)左/右門、允許開/關(guān)門信息，能控制、確定駕駛模式，切換控制等級，駕駛室的換端。車輛應(yīng)向信號系統(tǒng)提供牽引、常用制動、緊急制動的故障和失效信息，牽引/制動主控器狀態(tài)、門狀態(tài)信息、列車完整性信息、司機(jī)對列車駕駛模式的選擇信息、司機(jī)室激活信息、運(yùn)行方向設(shè)置信息、車輛產(chǎn)生的緊急制動信息等，車輛應(yīng)能實(shí)現(xiàn)信號車載單元的切除功能以旁路信號對行車的控制和監(jiān)督。

信號系統(tǒng)與車輛控制系統(tǒng)接口分界點(diǎn)在車載ATC控制柜外線接線端子排。

2.3.2 供電及低壓配電

低壓配電專業(yè)根據(jù)信號專業(yè)提出的設(shè)備用電點(diǎn)供電要求，來提供相應(yīng)配電箱或轉(zhuǎn)換箱，兩者的物理接口分界點(diǎn)在配電箱出線端。根據(jù)信號系統(tǒng)提出的設(shè)備用房及維修管理用房的用電要求，由中、低壓供電配置相應(yīng)的照明及電源插座。

信號專業(yè)提出信號軌旁設(shè)備對牽引回流、均流電纜在鋼軌上的連接位置要求，并配合牽引供電專業(yè)確定其連接點(diǎn)及回流箱位置。兩專業(yè)應(yīng)相互配合以保證信號軌旁設(shè)備不與牽引供電的接觸網(wǎng)設(shè)施發(fā)生位置沖突。另外，供電系統(tǒng)應(yīng)向信號系統(tǒng)提供雜散電流防護(hù)絕緣節(jié)位置，及對軌旁信號設(shè)備的接地防護(hù)相關(guān)要求等資料，并按照信號專業(yè)的要求，在車站、控制中心、車輛段信號設(shè)備室、維修中心、培訓(xùn)中心、試車線設(shè)備室提供接地電阻不大于1 Ω的接地母排(區(qū)間接地的接地扁鋼由通信專業(yè)設(shè)計(jì)并提供)。

2.3.3 通信系統(tǒng)

信號與通信系統(tǒng)的接口包括:傳輸系統(tǒng)、無線系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)以及時(shí)鐘系統(tǒng)等的接口。

通信傳輸系統(tǒng)為信號系統(tǒng)在各車站、車輛段/停車場、控制中心提供10Mb/s的以太網(wǎng)通道和RJ-45的電氣接口。接口分界點(diǎn)在通信設(shè)備室配線架出線端。

信號系統(tǒng)在控制中心通過RS-422接口為無線系統(tǒng)提供列車的位置、目的地、車次號、運(yùn)行方向、乘務(wù)組號、服務(wù)號、車組號信息以及列車出入場段、聯(lián)絡(luò)線的信息。通信雙方互發(fā)心跳信息以確認(rèn)雙方的通信連接正常。接口分界點(diǎn)在控制中心信號設(shè)備室配線架外線端。

信號系統(tǒng)在控制中心通過RS-422接口為乘客信息系統(tǒng)提供列車?？空九_信息(當(dāng)列車從轉(zhuǎn)換軌進(jìn)入正線或折返時(shí)發(fā)送)、站臺信息(包括車站號、站臺號、各站臺當(dāng)前后兩列車的目的地號、車組號、車次號、服務(wù)號、司機(jī)號、到站時(shí)間、發(fā)車時(shí)間、到站時(shí)間倒計(jì)時(shí)、跳停信息等)。通信雙方互發(fā)心跳信息。接口分界點(diǎn)在控制中心信號設(shè)備室配線架外線端。

時(shí)鐘系統(tǒng)在控制中心、車輛段/停車場通過RS-422接口為信號系統(tǒng)提供時(shí)鐘校準(zhǔn)信息。接口分界點(diǎn)在通信設(shè)備室配線架外側(cè)。

2.3.4 綜合監(jiān)控系統(tǒng)

信號系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)在控制中心通過冗余以太網(wǎng)方式進(jìn)行通信，信號系統(tǒng)向綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供列車信息(列車位置、列車類型、列車識別號、早晚點(diǎn)、列車進(jìn)/出場段信息等)、計(jì)劃時(shí)刻表更新信息、用于提供給廣播系統(tǒng)的列車預(yù)到站信息、列車到站/離站信息;綜合監(jiān)控系統(tǒng)向信號系統(tǒng)提供牽引供電信息、火災(zāi)報(bào)警信息。雙方互發(fā)心跳信息。接口分界在控制中心信號設(shè)備室配線架外側(cè)。

信號系統(tǒng)與綜合監(jiān)控IBP盤在各車站控制室通過硬線進(jìn)行連接;綜合監(jiān)控系統(tǒng)按照信號系統(tǒng)所提的工藝設(shè)計(jì)及布置要求，提供IBP盤上與信號相關(guān)的按鈕(扣車/終止扣車、緊急停車/取消緊停、燈測試、報(bào)警切除、計(jì)軸區(qū)段復(fù)位等)及表示燈;信號系統(tǒng)采集按鈕的狀態(tài)、執(zhí)行相應(yīng)的功能，驅(qū)動IBP盤上與信號有關(guān)的表示燈。接口分界在車站控制室綜合監(jiān)控系統(tǒng)IBP配線架外線側(cè)。

信號系統(tǒng)與綜合監(jiān)控大屏幕顯示系統(tǒng)通過冗余以太網(wǎng)方式連接，信號系統(tǒng)提供背投接口工作站和基于大屏分辨率的大屏HMI應(yīng)用軟件;大屏顯示系統(tǒng)提供在該工作站上用于將本地顯示畫面進(jìn)行顯示的遠(yuǎn)程顯示軟件。信號系統(tǒng)為大屏顯示系統(tǒng)專門提供一個(gè)軌道視圖窗口，窗口中顯示所有的主要對象，如車站、軌道、道岔、信號機(jī)、列車等。接口分界點(diǎn)在大屏幕顯示控制器網(wǎng)絡(luò)接口處。

2.3.5 屏蔽門系統(tǒng)

信號系統(tǒng)與屏蔽門系統(tǒng)通過繼電方式進(jìn)行接口，分界點(diǎn)在各站的站臺屏蔽門設(shè)備室PSC的接口端子盤上。信號系統(tǒng)提供2組干接點(diǎn)用于當(dāng)列車停在站臺規(guī)定的停車窗時(shí)，向屏蔽門系統(tǒng)發(fā)送持續(xù)穩(wěn)定的“開門命令”和“關(guān)門命令”(持續(xù)時(shí)間≥0.2 s視為有效)，此命令保持至下次命令發(fā)送時(shí)消失，屏蔽門系統(tǒng)根據(jù)信號系統(tǒng)發(fā)送的開/關(guān)門命令正確控制相應(yīng)的門單元開/關(guān)門;屏蔽門系統(tǒng)提供1組干接點(diǎn)用以發(fā)送持續(xù)、穩(wěn)定的“所有門關(guān)閉且鎖緊”信息，信號系統(tǒng)收到此信號后，才允許列車進(jìn)入站臺或從站臺發(fā)車;屏蔽門系統(tǒng)還提供1組干接點(diǎn)，用于當(dāng)屏蔽門“故障”狀態(tài)時(shí)，通過操作PSL上自復(fù)位鑰匙開關(guān)向信號系統(tǒng)發(fā)送實(shí)時(shí)的“互鎖解除”信號，解除“所有門關(guān)閉且鎖緊”信號與信號系統(tǒng)的互鎖關(guān)系。

2.3.6 防淹門系統(tǒng)

信號系統(tǒng)與防淹門系統(tǒng)通過繼電方式進(jìn)行接口，接口分界點(diǎn)在防淹門設(shè)備室的接口端子盤上。

當(dāng)需要關(guān)閉防淹門時(shí)，防淹門操作員按下防淹門關(guān)閉請求按鈕，信號系統(tǒng)接到請求關(guān)閉信息后，根據(jù)進(jìn)路排列情況和列車運(yùn)行情況對信號系統(tǒng)涉及安全的相關(guān)元素進(jìn)行確認(rèn)和處理后，向防淹門系統(tǒng)發(fā)出允許關(guān)門信號;防淹門系統(tǒng)向信號系統(tǒng)提供防淹門的開啟狀態(tài)信息，如果信號系統(tǒng)未能不間斷地收到防淹門完全開啟信息時(shí)，兩端車站均不能再向相應(yīng)線路設(shè)置進(jìn)路，若已設(shè)置進(jìn)路，則防淹門防護(hù)信號機(jī)應(yīng)立即關(guān)閉并封鎖。

3 接口建議

由于信號系統(tǒng)所涉及的接口專業(yè)較多，交互信息復(fù)雜，各專業(yè)的介入時(shí)間也有先有后，因此信號系統(tǒng)應(yīng)從建設(shè)角度出發(fā)，根據(jù)各專業(yè)的工期計(jì)劃和接口技術(shù)要求，制定出合理的接口協(xié)調(diào)計(jì)劃，為各專業(yè)有序開展工作提供條件。此外，信號系統(tǒng)涉及行車安全，與其他專業(yè)接口時(shí)理應(yīng)從安全角度出發(fā)，關(guān)鍵信息采用硬線傳輸，網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)應(yīng)設(shè)置防火墻。

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